一种绝缘阻燃的复合材料及其制备方法 |
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| 申请号 | CN201610297502.4 | 申请日 | 2016-05-03 | 公开(公告)号 | CN105965988A | 公开(公告)日 | 2016-09-28 |
| 申请人 | 杭州歌方新材料科技有限公司; | 发明人 | 周海燕; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种绝缘阻燃的 复合材料 ，包括 纤维 材料，纤维材料之间嵌设有气凝胶，纤维材料包括自然纤维、矿物 棉 、 木丝 中的一种或几种；气凝胶在复合材料中的重量占比为不大于80％，气凝胶的孔隙率大于75％，堆积 密度 为50‑120kg。其制备方法为：在纤维材料中加入粘附有有机 粘合剂 的气凝胶，将添加有气凝胶的纤维材料压制成致密化纤维材料即成绝缘阻燃的复合材料。本发明制备出的绝缘阻燃的复合材料结合了纤维材料的绝缘、阻燃、 隔热 、 隔音 效果有利特性，此外材料运输、切割、存储方便，耐热耐潮，在施工现场易于制造加工，具有更高的成本效益，通常用于建筑部件、技术单位、加热系统和车辆的绝缘。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种绝缘阻燃的复合材料，其特征在于，包括纤维材料，所述纤维材料之间嵌设有气凝胶，所述复合材料的规格为10-400mm，堆积密度为5_300kg/m3 ；所述纤维材料包括自然纤维、矿物棉、木丝中的一种或几种；所述气凝胶在所述复合材料中的重量占比为不大于80%，所述气凝胶的孔隙率大于75%，堆积密度为50-120kg，表面面积大于500m2/g，粒径为lOnm-lOmm，导热率为 25°C 时小于0.030W/m.k。 |
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| 说明书全文 | 一种绝缘阻燃的复合材料及其制备方法技术领域[0001 ]本发明涉及一种绝缘阻燃的复合材料及其制备方法。 背景技术[0002]目前已知的隔热和隔音材料种类广泛，聚合纤维，树脂和泡沫，基于矿物棉的材料，比如玻璃棉、岩棉、矿渣棉，也包括木丝和基于真空的材料，这些是在隔音和隔热应用中最频繁使用的材料。绝缘效率通常是由材料的导热系数λ来决定的，它是材料自身的物理特性，决定了材料的常规隔热性能。比如，某一种类的矿物纤维的导热系数为0.035W/m.K。此夕卜，材料的导热阻力描述了材料特殊的隔热效率，且随着材料厚度的增加而增加。比如，20厘米厚的某一种类的矿物纤维板，比10厘米厚的同类材料具有更好的隔热效率。因此，材料总体的隔热和隔音效率与材料的种类、形状和厚度有关。 [0003]气凝胶被认为具有优秀的绝缘属性，但是不易处理且价格昂贵。因此，在一些产品中，会将此类气凝胶混入聚酯纤维材料中。不过，这些含有气凝胶的材料因为不易处理，特别是在切割和成型方面，因此也有缺点的。此外，聚酯纤维含有健康和环境隐患，因此要需要限制使用，且这类材料制造过程昂贵。 发明内容[0004]为解决上述技术问题，本发明提供一种易于处理并具有改进的隔热隔音属性的绝缘阻燃复合材料及其制备方法。 [0005] —种绝缘阻燃的复合材料，包括纤维材料，所述纤维材料之间嵌设有气凝胶，所述复合材料的规格为10-400mm，堆积密度为5-300kg/m3;所述纤维材料包括自然纤维、矿物棉、木丝中的一种或几种;所述气凝胶在所述复合材料中的重量占比为不大于80%，所述气凝胶的孔隙率大于75%，堆积密度为50-120kg，表面面积大于500m2/g，粒径为1nm-1Omm，导热率为25°C时小于0.030ff/m.k。 [0006]本申请的复合材料包含纤维材料和气凝胶，两者在材料处理和绝缘功效上协同作用。本申请可作为稳定层、隔音层或类似的层附加在另外的功能材料上，例如层压制件中的面板层。本技术方案的纤维材料包括任何长度和厚度的连续长丝，优选以相互交织的方式，从而形成框架及框架之间的空隙。 [0007]作为优选的技术方案，所述复合材料的规格为20-300mm，堆积密度为10-280kg/m3;所述气凝胶在所述复合材料中的重量占比为不大于60%，所述气凝胶的孔隙率大于80%，粒径为20nm-5mm，导热率为25°C时小于0.028ff/m.k。 [0008]作为优选的技术方案，所述复合材料的规格为30-250mm，堆积密度为30-220kg/m3;所述气凝胶在所述复合材料中的重量占比为不大于40%，所述气凝胶的孔隙率大于85%，粒径为100nm-2mm，导热率为25°C时小于0.025ff/m.k。 [0009]作为优选的技术方案，所述复合材料的规格为40-200mm，堆积密度为50-200kg/m3;所述气凝胶在所述复合材料中的重量占比为不大于20%，所述气凝胶的孔隙率大于90%，粒径为100nm-1mm，导热率为25°C时小于0.020ff/m.k。 [0010]作为优选的技术方案，所述自然纤维包括植物纤维或动物纤维中的一种或两种；所述矿物棉包括天然矿物纤维棉、人造矿物纤维棉或金属氧化物纤维棉中的一种或几种，所述矿物棉的堆积密度为5-250kg/m3，所述矿物棉中添加有矿物棉粘合剂;所述木丝包括木条或刨花，所述木丝的堆积密度为50-700kg/m3。 [0012]本技术方案的矿物棉粘合剂为可添加或不添加，添加的矿物棉粘合剂包括含甲醛粘合剂，如苯酚甲醛粘合剂，或不含甲醛粘合剂，如三聚氰胺或ECOSE、聚酯树脂、环氧树脂、水玻璃等。本技术方案的的刨花，典型的厚度为0.15-1.2mm，宽度为0.5-4.5mm，长度为50-500mm。矿物棉或木丝不仅限于一种特定类型，而是可以包含同类型不同的棉混合物，例如，矿物棉可以包括不同纤维长度或者密度的矿物棉，并可以混合或单独使用，比如用于夹层状结构中的层。 [0013]作为优选的技术方案，所述矿物棉的堆积密度为50_200kg/m3，所述木丝的堆积密度为 80_600kg/m3。 [0014]本技术方案的矿物棉的堆积密度更优选的范围为60-180kg/m3甚至80-150kg/m3，木丝的堆积密度更优选的范围为120-500kg/m3，甚至250-400kg/m3。 [0015]作为优选的技术方案，所述气凝胶包括二氧化硅气凝胶、碳气凝胶、氧化铝气凝胶、琼脂气凝胶或硫属气凝胶中的一种或几种，所述气凝胶以颗粒形式分散于所述纤维材料内或以聚集为平面形式覆于所述纤维材料表面。 [0016]本技术方案的气凝胶可选用由Cabot Corp.供应的NanogelTM气凝胶，或由AZ-Electronics公司供应的KlebesolTM气凝胶。本技术方案的气凝胶可以均勾或者随机分布的颗粒形式存在于纤维材料内部或者表面;该复合材料可以包含一层完全是气凝胶的面板，或者颗粒形式的气凝胶，比如存在于这种复合材料中的粉状物。 [0017]作为优选的技术方案，所述所述复合材料的的形状为板状、条状、片状或颗粒状。 [0018]对于此复合材料中纤维材料的纤维的列队方式，没有特殊的限制，可以包含多种比例的纤维材料或多种纤维材料层，其中每个单独的纤维部分的列队方式可以是平行的、反平行的或者垂直的方式，例如以纤维板纵向的方向或者垂直的方向。 [0019]当纤维材料包括玻璃纤维时，该复合材料不包括有机聚合物。 [0020]当纤维材料包括玻璃纤维时，该复合材料不包括碱金属或碱土氢氧化物。[0021 ]当纤维材料包括玻璃纤维时，该复合材料不包括有机聚合物和碱性或碱土氢氧化物。 [0022]当纤维材料包括玻璃纤维时，该复合材料不包括聚酯和/或氢氧化镁。 [0023]本申请的复合材料通常为板形，与另一结构形成一种包含两层或更多的层的层压体。该层压体有一层包含本申请的复合材料的层，且还有至少一层功能层，如纸层、纸板层、混凝土层、木板层、金属层或者塑料层等。因此本申请制成的层压体可以结合此复合材料的有利效果和其他不同材料的特性，以达到增加此复合材料的稳定性和操作性的效果。 [0024]上述层压体的形状和大小没有特别的限制，且包括任何可能的形状和尺寸，可被用于建筑构件，如屋顶、墙壁、地板、门窗，或交通工具等。该层压体的厚度为10-400mm，优选范围为50-300mm甚至为80-200mm。不过，层压体的厚度可能根据应用需要进行调整，或者会受到安装空间的限制。例如，在要求具有更佳的绝缘性能的情况下，层压体的厚度可被调节至超过10mm;如果需要较小的尺寸，层压体的厚度可被调节至10mm以下。 [0025]上述层压体中的两个或多个层通过粘合剂和/或通过机械方式粘合在一起。通过粘合剂粘合在一起以改善稳定性和操作性，通过机械方式如缝纽、装订、缝合和冲压等将层压体的层连接起来。 [0026] —种绝缘阻燃的复合材料的制备方法，步骤为:在纤维材料中加入粘附有粘合剂的气凝胶，将添加有气凝胶的纤维材料压制成致密化纤维材料即成绝缘阻燃的复合材料。 [0027]本技术方案中，气凝胶可在纤维材料的制造过程中施加，或者在稍后的阶段施加。例如，如果纤维材料是矿物棉，气凝胶可与至少一部分纤维混合，或者它可以与粘合剂一起被施加到纤维上，或者施加到一个预先成型的织物表面。由于气凝胶的热稳定性，它可以在矿物棉被加热后加工粘合剂之前或者加工步骤之后施加。 [0028]当纤维材料为矿物棉时，气凝胶可在压缩矿物棉之前施加，此压缩过程将矿物棉压缩至所需密度从而得到一个适当致密的矿物棉织物，使气凝胶与纤维结构互相结合。气凝胶在被施加到纤维材料之前，先由有机粘合剂处理，这样的处理过程可以改进材料的操作性并增加气凝胶的粘附性，并提高最终产品的质量。有机粘合剂可以是聚醋酸乙烯酯、聚氨酯或塑料分散体等。 [0029]本发明的一种绝缘阻燃的复合材料及其制备方法结合了纤维材料的绝缘、阻燃、隔热、隔音效果有利特性，此外材料运输、切割、存储方便，耐热耐潮，在施工现场易于制造加工，具有更高的成本效益，通常用于建筑部件、技术单位、加热系统和车辆的绝缘。附图说明 [0030]图1为本发明实施例1的结构示意图； [0031]图2为本发明实施例2的结构示意图； [0032]图3为本发明实施例3的结构示意图； [0033]图4为本发明实施例4的结构示意图； [0034]图5为本发明实施例5的结构示意图； [0035]图6为本发明实施例6的结构示意图； [0036]图7为本发明实施例7的结构示意图； [0037]图8为本明的实施例8结构不意图； [0038]图9为本发明实施例9的结构示意图； [0039]图10为本发明实施例10的结构示意图。 具体实施方式[0042]如图1所示，一种绝缘阻燃的复合材料，包括植物纤维I及覆设于其表面的一层聚集为平面形式的二氧化硅气凝胶2，复合材料的厚度为30mm，堆积密度为70kg/m3; 二氧化硅气凝胶2在复合材料中的重量占比为不大于20%，二氧化硅气凝胶2的孔隙率大于75%，堆积密度为60kg，表面面积大于500m2/g，粒径为500nm，导热率为25 °C时小于0.030ff/m.k。 [0043] —种绝缘阻燃的复合材料的制备方法，步骤为:在植物纤维I表面覆有粘附有苯酚甲醛粘合剂的二氧化硅气凝胶2，并将其压制成致密化纤维材料即成绝缘阻燃的复合材料。 [0044] 实施例2 [0045]如图2所示，一种绝缘阻燃的复合材料，包括玻璃棉3及分散于其内部的颗粒形式的碳气凝胶4，复合材料的厚度为100mm，堆积密度为80kg/m3;碳气凝胶4在复合材料中的重量占比为不大于60%，碳气凝胶4的孔隙率大于40%，堆积密度为70kg，表面面积大于800m2/g，粒径为100nm，导热率为25 °C时小于0.028W/m.k。 [0046] —种绝缘阻燃的复合材料的制备方法，步骤为:在玻璃棉3内部分散有粘附有三聚氰胺粘合剂的碳气凝胶4，并将其压制成致密化纤维材料即成绝缘阻燃的复合材料。 [0047] 实施例3 [0048]如图3所示，一种绝缘阻燃的复合材料，包括两层动物纤维5及覆设于其之间的一层聚集为平面形式的氧化铝气凝胶6，复合材料的厚度为200mm，堆积密度为50kg/m3;氧化铝气凝胶6在复合材料中的重量占比为不大于60%，氧化铝气凝胶6的孔隙率大于85%，堆积密度为80kg，表面面积大于100mVg，粒径为300nm，导热率为25 °C时小于0.025ff/m.k。 [0049] —种绝缘阻燃的复合材料的制备方法，步骤为:在两层动物纤维5之间覆有粘附有ECOSE粘合剂的氧化铝气凝胶6并将其压制成致密化纤维材料即成绝缘阻燃的复合材料。 [0050] 实施例4 [0051]如图4所示，一种绝缘阻燃的复合材料，包括岩棉7、木头8及覆设于其之间的一层聚集为平面形式的琼脂气凝胶9，复合材料的厚度为250mm，堆积密度为40kg/m3;琼脂气凝胶9在复合材料中的重量占比为不大于60%，琼脂气凝胶9的孔隙率大于85%，堆积密度为1001^，表面面积大于10001112/〖，粒径为25011111，导热率为25°(^时小于0.025W/m.k。 [0052] —种绝缘阻燃的复合材料的制备方法，步骤为:在岩棉7、木头8之间覆有粘附有聚酯树脂粘合剂的琼脂气凝胶9并将其压制成致密化纤维材料即成绝缘阻燃的复合材料。 [0053] 实施例5 [0054]如图5所示，一种绝缘阻燃的复合材料，包括矿渣棉10、刨花11及覆设于其之间的一层聚集为平面形式的NanogelTM气凝胶12，其中矿渣棉10内分散有颗粒形式的NanogelTM气凝胶12，复合材料的厚度为350mm，堆积密度为80kg/m3;NanOgelTM气凝胶12在复合材料中的重量占比为不大于80% ,NanogelTM气凝胶12的孔隙率大于90%，堆积密度为100kg，表面面积大于800m2/g，粒径为2000nm，导热率为25 °C时小于0.020W/m.k。 [0055] —种绝缘阻燃的复合材料的制备方法，步骤为:在矿渣棉10、刨花11之间覆有粘附有环氧树脂粘合剂的NanogelTM气凝胶12，且矿渣棉10内分散有粘附有环氧树脂粘合剂的NanogelTM气凝胶12，将其压制成致密化纤维材料即成绝缘阻燃的复合材料。 [0056] 实施例6 [0057]如图6所示，一种绝缘阻燃的复合材料，包括若干条状玻璃棉13及垂直夹设于其之间的聚集为平面形式的硫属气凝胶14，复合材料的厚度为300mm，堆积密度为40kg/m3;硫属气凝胶14在复合材料中的重量占比为不大于20%，硫属气凝胶14的孔隙率大于75%，堆积密度为120kg，表面面积大于500m2/g，粒径为1500nm，导热率为25 V时小于0.030ff/m.k。 [0058] —种绝缘阻燃的复合材料的制备方法，步骤为:在若干条状玻璃棉13之间覆有粘附有水玻璃粘合剂的硫属气凝胶14并将其压制成致密化纤维材料即成绝缘阻燃的复合材料。 [0059] 实施例7 [0060]如图7所示，一种绝缘阻燃的复合材料，包括两层木条15及覆设于其之间的矿渣棉16，其中矿渣棉16内分散有颗粒形式的二氧化硅气凝胶17，复合材料的厚度为350mm，堆积密度为80kg/m3; 二氧化硅气凝胶17在复合材料中的重量占比为不大于20%，二氧化硅气凝胶17的孔隙率大于80%，堆积密度为80kg，表面面积大于500m2/g，粒径为lOOnm，导热率为25°C 时小于0.025W/m.k。 [0061] —种绝缘阻燃的复合材料的制备方法，步骤为:在矿渣棉16内分散有粘附有苯酚甲醛粘合剂的二氧化硅气凝胶17，将两层木条15分别置于矿渣棉16的两侧将其压制成致密化纤维材料即成绝缘阻燃的复合材料。 [0062] 实施例8 [0063]如图8所示，一种绝缘阻燃的复合材料，包括两层刨花18及覆设于其之间的岩棉19，其中刨花18内分散有颗粒形式的碳气凝胶20，复合材料的厚度为400mm，堆积密度为250kg/m3;碳气凝胶20在复合材料中的重量占比为不大于80%，碳气凝胶20的孔隙率大于90%，堆积密度为1101^，表面面积大于15001112/^，粒径为5011111，导热率为25°(:时小于0.030W/m.k。 [0064] —种绝缘阻燃的复合材料的制备方法，步骤为:在两层刨花18内均分散有粘附有苯酚甲醛粘合剂的碳气凝胶20，将岩棉19置于两层刨花18之间并将其压制成致密化纤维材料即成绝缘阻燃的复合材料。 [0065] 实施例9 [0066]如图9所示，一种绝缘阻燃的复合材料，包括两层刨花21及覆设于其之间的矿渣棉22，其中刨花21和矿渣棉22内均分散有颗粒形式的氧化铝气凝胶23，复合材料的厚度为400mm，堆积密度为300kg/m3;氧化铝气凝胶23在复合材料中的重量占比为不大于80%，氧化铝气凝胶23的孔隙率大于90%，堆积密度为120kg，表面面积大于1500m2/g，粒径为10nm，导热率为25°C时小于0.035ff/m.k。 [0067] —种绝缘阻燃的复合材料的制备方法，步骤为:在两层刨花21及矿渣棉22内均分散有粘附有苯酚甲醛粘合剂的氧化铝气凝胶23，将矿渣棉22置于两层刨花21之间并将其压制成致密化纤维材料即成绝缘阻燃的复合材料。 [0068] 实施例10 [0069]如图10所示，一种包括绝缘阻燃的复合材料的层压体，层压体的另一层为纸板层24，通过粘合剂或压制与复合材料合为一体。其复合材料层包括玻璃棉25及分散于其内部的颗粒形式的碳气凝胶26，复合材料的厚度为100mm，堆积密度为80kg/m3;碳气凝胶26在复合材料中的重量占比为不大于60%，碳气凝胶26的孔隙率大于40%，堆积密度为70kg，表面面积大于800m2/g，粒径为100nm，导热率为25 °C时小于0.028W/m.k。 [0070]以上实施例的一种绝缘阻燃的复合材料及其制备方法结合了纤维材料的绝缘、阻燃、隔热、隔音效果有利特性，此外材料运输、切割、存储方便，耐热耐潮，在施工现场易于制造加工，具有更高的成本效益，通常用于建筑部件、技术单位、加热系统和车辆的绝缘。 [0071]以上的实施例只是本发明的较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。 |
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